Modbus-Gateways
Kommunikationstechnik für intelligente Gebäude
Um die Energieeffizienz von Gebäuden nachhaltig zu reduzieren, rückt die Automatisierung auch hier immer mehr in den Vordergrund. Besondere Bedeutung kommt dabei der Kommunikationstechnik zu: Wie in der Produktion auch, gibt es auch hier keinen einheitlichen Standard. Neben speziell für die Gebäudetechnik entwickelten Protokollen wie BACnet, Lon oder KNX, kommt auch der in der Fertigung weit verbreitete Modbus zum Einsatz.

Die Verbindung zwischen BACnet-basierter Gebäudeleittechnik und der Modbus-Gerätewelt übernehmen Gateways – entweder zur Verbindung unterschiedlicher Netzwerke in einer Anlage oder zur Anbindung von Modbus-Geräten an Systeme für die Fernwartung und Betriebsdatenerfassung. Modbus ist ein weit verbreiteter, herstellerneutraler De-facto-Standard für die digitale Datenkommunikation, der nicht nur im Gebäude, sondern auch in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung gerne eingesetzt wird. Wird das Modbus-Protokoll seriell über RS232/422/ 485-Signale übertragen, spricht man von Modbus-RTU. Wird hingegen Ethernet als Übertragungsmedium benutzt, spricht man von Modbus-TCP.

BACnet und Modbus verbinden

BACnet zählt zu den bekannten und verbreiteten Kommunikationsprotokollen in der Gebäudeautomation. Es wird in großen Gebäuden wie Bürokomplexen, Sportstadien oder Flughäfen gerne als Kommunikationsnetzwerk für die lokale Gebäudeleittechnik eingesetzt. BACnet arbeitet objektorientiert und bietet leistungsfähige Funktionen und Dienste, die speziell auf die Anforderungen der Datenkommunikation in der Gebäudeautomation zugeschnitten sind. Auch bei diesem Standard gibt es verschiedene Arten der physikalischen Datenübertragung. Wird das Protokoll seriell über RS485-Signale übertragen, spricht man von BACnet-MS/TP. Wird hingegen Ethernet als Übertragungsmedium benutzt, spricht man von BACnet-IP. HMS bietet mit seiner über 250 Varianten umfassenden Familie der Anybus-X-Gateways vielfältige Möglichkeiten zur Kopplung von Kommunikationsnetzen. Jüngstes Mitglied der Anybus Gateway-Familie ist das BACnet/Modbus-Gateway, das es ermöglicht, Geräte, die über eine Modbus-Schnittstelle verfügen, in ein übergeordnetes BACnet-Netzwerk einzubinden. Da Modbus nicht speziell für die Gebäudeautomation zugeschnitten ist, sondern auch in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung weit verbreitet ist, ist die Vielfalt der Geräte mit Modbus-Schnittstelle viel größer als die Anzahl der Geräte, die über eine integrierte BACnet-Schnittstelle verfügen. Das Gateway von HMS soll diese Lücke schließen und beide Welten miteinander verbinden.

Unterstützte Protokolle

Auf der BACnet-Seite unterstützt das Gateway das Ethernet-basierte BAC-net-IP-Protokoll mit 10 bzw. 100Mbit/s. Der Anschluss an das BACnet-Netz erfolgt über eine Standard-RJ45-Ethernet-Buchse. Modbus-seitig unterstützt das Gateway Ethernet-basierte Modbus-TCP-Geräte. Die opto-isolierte serielle Schnittstelle unterstützt entweder 2-Draht- oder 3-Draht-EIA-485 und das Modbus-RTU- sowie das Modbus-ASCII-Protokoll. (Bild 2). Bis zu 30 serielle Modbus-Geräte können über die RS485-Schnittstelle mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 115kbit/s an das Gateway angeschlossen werden. Modbus-seitig arbeitet das Gateway immer als Master und folglich die angeschlossenen Geräte als Slave. Durch das Virtual Routing wird jeder Modbus-Teilnehmer als eigener BACnet-Server mit einer eigenen Instanz dargestellt. Modbus-Datenpunkte werden als zugehörige BACnet-Objekte angezeigt. Das Mapping erfolgt mit Hilfe von Geräteprofilen. Für jeden am Modbus angeschlossenen Gerätetyp ist ein individuelles Profil erforderlich. HMS stellt vordefinierte Geräteprofile für häufig eingesetzte Geräte im Internet zum Download bereit. Zudem können über ein von HMS zur Verfügung gestelltes Tool eigene Profile erstellt werden. Auf Anfrage bietet HMS entsprechende Unterstützung. Das Gateway kann bis zu 1.000 Modbus-Datenpunkte verarbeiten. Bei der Inbetriebnahme werden grundlegende Einstellungen wie Baudrate und IP-Adressen über den integrierten Webserver des Gateways vorgenommen. Die Geräteprofile der Modbus-Geräte werden als Datei in das Gateway geladen und permanent gespeichert. Das Web-Interface bietet auch einfache Diagnosemöglichkeiten, um beispielsweise abzufragen, welche Modbus-Geräte online/offline sind. Ebenso können Modbus-Daten gelesen oder geschrieben werden. Über das BACnet-Gateway hinaus unterstützt die Gateway-Familie von HMS auch Lonworks als weiteren Standard für die Gebäudeautomation. Die Lonworks-Gateways stehen u.a für die Kopplung von Lonworks-Netzwerken mit Modbus, Profibus und Profinet zur Verfügung.

Fernwartung und Betriebsdatenerfassung für Modbus-Geräte

Geräte mit Modbus-Schnittstelle können auch in moderne Fernüberwachungssysteme eingebunden werden. Dazu bietet HMS mit dem Netbiter-System eine komplette Lösung für die Fernüberwachung und Betriebsdatenerfassung. Netbiter besteht aus zwei wesentlichen Komponenten: Die Netbiter-Gateways (Bild 4) werden in der entfernten Anlage vor Ort installiert und ermöglichen den Zugriff auf die in der Anlage befindlichen Modbus-Geräte über das Internet. Sie unterstützen die Anbindung von Modbus-Geräten über Ethernet (Modbus-TCP) oder seriell (Modbus-RTU). Das cloud-basierte Netbiter-Argos-Portal übernimmt das Verbindungsmanagement und stellt umfangreiche Funktionen zur Visualisierung, Analyse und Steuerung von Daten und Parametern bereit. Typische Anwendungen sind die Erfassung, Analyse und Optimierung von Verbrauchs- bzw. Erzeugerdaten in Gebäuden im Bereich Heizung, Klima, Lüftung oder Schneelastüberwachung sowie in Blockheizkraftwerken, Notstromversorgungen und Solaranlagen. Im Fokus steht ganz klar die Anlagenüberwachung und -verbesserung, d.h. das Erfassen von Betriebsdaten und das Ändern von Parameterwerten. Damit kann der Anwender beispielsweise Temperatur und Leistung überwachen und Anlagenparameter aus der Ferne anpassen. Mit den Remote-Access-Funktionen ist auch der direkte Zugriff auf die Programme der Steuerungen vor Ort möglich.

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HMS Industrial Networks GmbH
http://www.anybus.de

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